Человеческое тело ежедневно ведет невидимую борьбу за выживание на молекулярном уровне. И это не преувеличение: каждый луч солнца, каждая сигарета или даже глоток загрязненного воздуха способны разрывать нити нашей ДНК. До недавнего времени ученые лишь приблизительно знали, как именно происходит "ремонт" генов. Но сегодня сверхмощные суперкомпьютеры проливают свет на эту биологическую загадку, которая может в корне изменить наше представление о лечении тяжелых болезней.
В центре внимания ученых из Университета штата Джорджия – механизм репарации ДНК под названием нуклеотидная эксцизионная репарация (NER). Этот процесс напоминает работу медицинской бригады в отделении скорой помощи: каждый белок имеет собственную роль и в нужный момент меняет форму для выполнения своих функций.
На первом этапе "первый спасатель", белок XPC, находит поврежденный участок ДНК и открывает его для следующего этапа – проверки. Затем к делу подключается комплекс TFIIH, который окончательно подтверждает место повреждения и готовит молекулу к "операции".
В последней стадии за дело берется специальный белковый комплекс PInC. Его задача – "вырезать" поврежденный фрагмент ДНК, который затем заменяется новой, целой цепочкой.
Исследователи смогли увидеть этот сложный механизм в действии благодаря одному из самых мощных в мире суперкомпьютеров Summit, который достигал производительности в 200 квадриллионов операций в секунду. На основе цифровой модели ученые установили, как именно белки взаимодействуют друг с другом во время ремонта ДНК, и выяснили критически важные моменты этого взаимодействия.
Это открытие имеет огромное значение: мутации в белках XPF и XPG, которые являются ключевыми элементами PInC, вызывают тяжелые заболевания, среди которых ксеродерма пигментная и синдром Коккейна. Первое делает человека уязвимым к раку кожи, второе – вызывает преждевременное старение и нарушает развитие организма.
Несмотря на то, что Summit завершил свою миссию в 2024 году, исследования продолжаются уже на новом суперкомпьютере – Frontier. Он значительно мощнее и открывает перед учеными новые перспективы для изучения еще более сложных процессов, в частности ремонта ДНК во время активной работы генов.
Таким образом, современные технологии шаг за шагом приоткрывают завесу над тем, как именно наш организм поддерживает здоровье клеток. И хотя это только начало пути, будущее медицины благодаря этим открытиям уже приближается к кардинальным изменениям.
Источник: SciTechDaily
